Устройство для аналогового моделирования динамических процессов в дискретных системах автоматического управления

 

Изобретение относится к вычислительной аналоговой технике. Цель изобретения - повышение точности моделирования динамических процессов. Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый усилители 1,4,5 и 13, первый и второй дифференциаторы 2 и 3, первый и второй сумматоры 6 и 14, первый и второй блоки умножения 10 и 11, блок 8 переключения режимов работы, модель объекта управления 7, блок 9 выделения модуля, квадратор 12 и ключ 15. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены пятый усилитель 17, третий блок 18 умножения и генератор 19 синусоидальных колебаний. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК О 4 С 06 С 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТНРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4179023/24-24 (22) 09.01.87 (46) 23.04 ° 89. Вюл. N - 15 (72) А.А.Ардашов и С.Г.Трегубов (53) 681.333(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 524196, кл. G 06 G 7/48, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 645126, кл, G 05 В 17(02, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛОГОВОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной аналоговой технике. Цель

„„SU„„1474695 А1 изобретения — повышение точности моделирования динамических процессов. Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый усилители 1,4,5 и 13, первый и второй дифференциаторы 2 и 3, первый и второй сумматоры 6 и 14, первый и второй блоки умножения 10 и 11, блок 8 переключения режимов работы, модель объекта 7 управления, блок 9 выделения модуля, квадратор 12 и ключ 15.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены пятый уси" литель 17, третий блок 18 умножения и генератор 19 синусоидальных колебаний. 1 ил.

1474695

Изобретение относится к вычисли" тельной технике, а именно к аналоговым вычислительным устройствам, применяется для моделирования диск5 ретных систем и может быть использовано при исследовании динамических процессов в дискретных системах управления с широтно-импульсной, а также в системах с амплитудно-.импульсной модуляцией, в которых осуществляется формоимпульсное преобразование.

Цель изобретения - повышение точности моделирования динамических 15 процессов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для аналогового моделирования динамических процессов в дискретных системах авто- 20 матического управления. 1

Устройство содержит первый усилитель 1, первый 2 и второй 3 дифференциаторы, второй 4 и третий 5 усили- 25 тели, первый сумматор 6, модель ,объекта 7 управления, блок 8 переключения режимов работы, блок 9 выделения модуля, блоки 10 и 11 умножев

30 яз.п (й + пд,)ж/

)) -«во (u х n u I) ) x/x (.

x(iTa) /ТД

T,) /Т.

) /Т.)g, 1 существенному искажению входного сигнала.

Ряд в правой части выражения (1)

40 можно аппроксимировать его первым членом (n = О), а все остальные члены ряда считать помехой, вызванной квантованием сигнала по времени в широтно-импульсном модуляторе.

При учете лишь первого члена и осуществляется моделирование исследуемой системы по полезному сигналу..

Выражение сигнала помехи можно записать в виде: еп

I - сов ((Вввв пИ,)T, II/х (ПВ)) .. (О,,(+ пя,)Т, а/х(зТ,)/ ефо (2) в3.п ({Ю„+ пю,) Т,ж/x(iTn) l j

+ — — — - — — в — — — — сов ((Сд„+ (Им+ пЯО) T.s /x(iT) / I

Раскладывая тригонометрические функции, стоящие в числителях дробей выражения (2), в ряд Маклорена.и orпи,)тД .

)(соя((Ы„+ na,) (- /x(iT .. )

I где (D, = 2ЯТ, — частота квантования по времени;

Ж /х(дТ )/Т вЂ” ддительность импульса для i-го периода, зависящая от амплитуды входного сигнала x(iT,); Ж - коэффициент пропор= циональности.

Из выражения (1) следует, что процесс квантования по времени и последующего формирования широтномодулированных импульсов в дискретной системе управления приводит к ния, квадратор 12, четвертый усилитель 13, второй сумматор 14, . ключ

15, третий суммат()р 16, пятый усилитель 17, третий блок 18 умножения и генератор 19 синусоидальных колебаний.

Под моделью объекта 7 управления понимается любое техническое устройство, процесс управления которым предполагается моделировать с помощью предлагаемого устройства. При этом моделируемым объектом называют любую из.известных моделей (математическую, физическую, механическую, электронную и т.д.).

В основу разработки устройства положено использование приближенного эквивалентного представления дискретной системы управления с широтноимпульсной модуляцией в виде непрерывной модели.

Известно, что, если на вход импульсного элемента под)зется гармонический сигнал вида x(t) = а.соня„, то сигнал на выходе широтно-импульсного модулятора в течение i-го пев риода дискретности описывается выражением раничиваясь двумя членами ряда, получают выражение для помехи в следующем виде:

1474695 (t) = 2ax, 0 соз(/ t . cosnu t --x/x(iT )/--(созе х

Т,, d о dt (3) х «»>t) + — Ж /x(>T )/ (соз(/ t cosnQ t) Поскольку это выражение для сигйала помехи соответствует случаю, когда на вход импульсного элемента поступает гармонический сигнал виTd, d

f; (t) = 23L+(x(t)cosnQ()t - — 9С/x(iT )/ — (x(t)cosnQ,t) +

))=1

Та < ° d и 2 — -X/x(iT,)/ s(x(t)cosoU,t)g . (4) Г

Т Т

f (t) = 2K+(x(t)cosne t — - - е/х((-) х() + « - ())=g 2 б

d Т, x(t) cosnQ,tg + /х() x(t) +

t б 2

+ 6 x(t)/ —,— (x(t)ñosoCS, ) . (6) Для того, чтобы получить выражение для сигнала помехи, справедливое для любого момента времени, в выражении (4) величину х(iT ), являющуюся выходным сигналом экстраполятора нулевого порядка, заменяют ее приближенным выражением вида

В основу разработки структуры предлагаемого технического решения положено выражение (б). его анализ показывает, что для моделирования сигнала помехи необходимо сформировать сигнал вида 2x(t) t cos nu,t u подвергнуть его тому же преобразованию, что и полезный сигнал, причем, как показывают исследования, достаточно учитывать в сигнале помехи первую гармонику (n = 1).

Устройство работает следующим образом.

С блока 8 переключения режимов работы в зависимости от моделирования процессов формоимпульсного или широтно-импульсного преобразования на вход ключа 15 подают сигнал, по которому через ключ 15 пропускается сигнал или с выхода сумматора 6 (при моделировании процессов формоимпульсного преобразования), или с выхода сумматора 14 (при моделировании систем с ШИК) и устанавливают значения коэффициентов К„, К, Кэ, К и К в усилителях 1,4,5,13 и 17.

При моделировании динамического процесса в САУ с ШИМ значения коэфда x(t) = а созсд„t, то при произвольном входном сигнале x(t) можно

10 записать

Т2 x(iT ) x(t) — - -x(t) + — -x(t) . (5) о 2 6

Ъ

20 Окончательное выражение для сигнала помехи с учетом представления (5) имеет вид фициентов устанавливаются К, =М.;

К = Т /2; К з = Т /6; К = Ж и К = 2, При моделировании динамического

35 процесса в САУ с формоимпульсным преобразованием устанавливают значения коэффициентов К„, К2 и К, а значение коэффициента принимают К =1, Значение коэффиционта К произвольд0 но о

Устройство содержит генератор 19 синусоидальных колебаний с частотой

Я = 21)/То и единичной амплитудой.

При включении устройства сигнал с выхода модели объекта 7 поступает на второй вход третьего блока 18 умножения и на второй вход третьего сумматора 16. На первый вход третье1 го блока 18 умножения поступает сигнал соз(.),t с генератора !9. Сигнал с выхода блока 18 поступает на первый вход пятого усилителя 17, на выходе которого формируется сигнал помехи. 2x(t)cosQ,t Этот сигнал поступает.на первый вход третьего сумматора 16, Сигнал с выхода сумматора 16 усиливается и по трем цепям подается на входы сумматора 6: по одной цепи — непосредственно, по

1474695

Составитель Г. Нефедова

Техред А.Кравчук Корректор 3. Лончакова

Редактор Н. Бобкова

Заказ 1897/49 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101 второй - через дифференциатор 2 и усилитель 4, по третьей,- через дифференциаторы 2 и 3 и третий усилитель ° С выхода сумматора 6 сигнал, эквивалентный результату формоимпульсного преобразования, через ключ 15 подается на вход модели ,объекта 7 управления. При моделировании динамических процессов в сис- 10 темах с широтно-импульсной модуляцией сигнал с выхода сумматора 6 подается на вход блока 9 выделения модуля. Сигнал с выхода блока 9 по двум цепям подается на вход сумматора 14 16 по одной цепи — через блок 10 умножения, по второй — через квадратор

12, усилитель 13 и блок 11 умножения. При этом на второй вход блока

10 умножения поступает сигнал с уси" 20 лителя 4, а на второй вход блока 11 умножения — с выхода усилителя 5, На третий вход сумматора 14 сигнал пос- . тупает непосредственно с усилителя 1. С выхода сумматора 14 сигнал, эквивалентный результату широтноимпульсного преобразования, через ключ 15 подается на вход модели объекта 7 управления. При исследовании процессов преобразования с ЗО другими параметрами осуществляют перестройку коэффициентов К,, К, К и К4 в усилителях 1,4,5 и 13, а так" же частоты д в генераторе 19.

Ь 35

Формула из обре тения

Устройство для аналогового моделирования динамических процессов в дискретных системах,автоматическо- го управлениМ, содержащее четыре уси- 40 лителя, два последовательно соединенных дифференциатора, блок переключения режимов работы, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами управления коэффи- 4 циентом передачи соответственно первого, второго и..третьего усилителей, первый сумматор, входы которого подключены к выходам первого, второго и третьего усилителей, входы второго и третьего усилителей соединены соответственно с выходами первого и второго дифференциаторов, вход первого дифференциатора подключен к выходу первого усилителя. два блока умножения, ключ, квадратор, второй сумматор и блок выделения модуля, выход которого соединен с,первым входом первого блока умножения и с входом квадратора, выход которого через четвертый усилитель подключен к первому входу второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу ключа, выход которого соединен с входом модели объекта управления, четвертый выход блока подключения режимов работы подключен к управляющему входу ключа, выход первого сумматора соединен с вторым информационным входом ключа и входом блока выделения модуля, выход второго усилителя подключен к второму входу первого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого усилителя, выход третьего усилителя соединен с вторым входом второго блока умножения, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования динамических процессов, введены третий сумматор, пятый усилитель, третий блок умножения и генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен к первому входу третьего умножителя, выходом соединенного с входом пятого усилителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу первого усилителя, выход модели объекта управления подключен к вторым входам третьего умножителя и третьего сумматора.